После пожара часть углерода остаётся в почве в виде обугленного материала, увеличивая его содержание. Но при сильных ливнях трансформированные почвы начинают активнее отдавать минеральные элементы в реки, а химический состав воды меняется — это прямой сигнал о тесной связи почвенных и водных процессов. К таким выводам пришли исследователи Научно-технологического университета «Сириус» в ходе второго этапа масштабного проекта по изучению углеродного баланса экосистем Кавказского Причерноморья. Работы велись на особо охраняемых природных территориях и вблизи федеральной территории «Сириус» при поддержке государственной программы научно-технологического развития.
Ведущий научный сотрудник направления «Геоэкология» Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Екатерина Филимоненко пояснила значение этой работы: «Территория Кавказского Причерноморья уникальна с точки зрения разнообразия природных условий, что даёт возможность всестороннего изучения того, как экосистемы реагируют на изменение климата. Сочетание уникальных экосистем с территориями, типичными для многих других регионов планеты, создаёт условия для получения научных данных, как решающих локальные экологические задачи, так и расширяющих мировые знания о процессах углеродного цикла».
Одним из ключевых факторов трансформации экосистем остаются природные пожары. В условиях потепления их частота и интенсивность растут. Исследование показало, что спустя несколько месяцев после пожара почвы сохраняют заметные изменения: снижается кислотность, увеличивается содержание углерода и азота за счёт включения обугленных частиц. Однако при последующих ливнях начинается вымывание минеральных веществ в водотоки.
Отдельное направление работы связано с массовой гибелью реликтового самшита колхидского. Исчезновение подлеска меняет освещённость и структуру растительности, увеличивает общее содержание углерода в почве, но снижает его доступность для микроорганизмов. Микробное сообщество перестраивается: его общая биомасса уменьшается, но интенсивность выделения углекислого газа возрастает.
Учёные также исследовали влияние высоты и экспозиции горных склонов на стабильность углерода в почвах. С увеличением высоты над уровнем моря в почве становится больше органического углерода, но его разложение замедляется. При этом южные и северные склоны по-разному реагируют на потепление, что может привести к неодинаковым изменениям углеродного баланса в будущем.
Теоретическим итогом второго года проекта стало развитие нового подхода для изучения стабильности углерода в почвах на основе энергии активации — показателя, отражающего энергетические инвестиции, необходимые для разрушения органики. Результаты опубликованы в журнале Global Change Biology в двух статьях: «Activation Energy Is a Useful Proxy for Intrinsic Stability of Soil Organic Matter» и «Activation Energy of Organic Matter Decomposition in Soil and Consequences of Global Warming».
Ключевой исполнитель проекта, профессор Яков Кузяков, подчеркнул важность этого открытия: «Мы показали, что при повышении температуры ускорение разложения стабильного углерода происходит быстрее, чем предполагалось ранее. Это означает, что глобальное потепление способно ускорить высвобождение углерода из почв и изменить баланс питательных элементов. Такие процессы могут усиливать климатические изменения».
Практическая часть проекта также включает разработку методов разделения природного и техногенного органического вещества в водных объектах. Апробация методики на водоёмах федеральной территории «Сириус» показала, что даже удалённые, на первый взгляд фоновые территории испытывают антропогенную нагрузку. Полученные данные помогут уточнить вклад лесных, горных и пресноводных экосистем в глобальные потоки парниковых газов, а также совершенствовать системы мониторинга состояния почв и вод. Исследование продолжится с акцентом на прогнозирование сценариев трансформации экосистем и разработку научно обоснованных рекомендаций по их сохранению.
